[发明专利]一种可视化劈裂注浆扩散过程模拟试验装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可视化劈裂注浆扩散过程模拟试验装置及使用方法。

背景技术

劈裂注浆是一种应用比较广泛的地基加固方法，在一定的注浆压力下，浆液在土体内部劈裂形成注浆裂缝，随着注浆压力的持续增大以及浆液的逐渐注入，土体中的浆液就会在钻孔附近形成纵横交错的网状浆脉.

研究表明，土体加固的效果不仅与注浆压力有直接的关系,也与土体中浆液劈开的裂缝宽度和裂缝扩散的距离有很大关系，但是，由于土体材料本身不透明，无论是在工程现场还是模型试验中，浆液动态扩散过程均因为被注介质的不可视性而无法获取。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种可视化劈裂注浆扩散过程模拟试验装置及使用方法，本发明可实现劈裂注浆浆液扩散过程的可视化模拟，追踪劈裂注浆扩散过程，获得劈裂通道扩展过程中注浆压力与砂层内部压力场、位移场演化规律；获得劈裂过程中浆脉厚度时空演化规律、劈裂缝尖端几何形态及其运动特征。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可视化劈裂注浆扩散过程模拟试验装置，包括模型箱、注浆装置、图像实时采集系统和地应力加载系统，其中：

所述模型箱包括透明壳体，所述透明壳体内部填充有模拟注浆环境的透明材料，所述透明壳体上设置有注浆孔，以容纳注浆装置注入的浆液；

所述地应力加载系统，包括空气注入设备和柔性气囊，所述柔性气囊包裹模型箱，空气注入设备通过柔性气囊向模型箱施加应力，所述柔性气囊为透明的，以使得图像实时采集系统能够采集模型箱与柔性气囊的变化，实现劈裂注浆浆液扩散过程的可视化模拟，追踪劈裂注浆扩散过程。

优选的，所述模型箱下册设置有底座，保持模型箱运行的稳定性。

优选的，所述空气注入设备为空压机，空压机与柔性气囊相连接，柔性气囊位于土体上部和左右两侧，空压机给柔性气囊提供压力，柔性气囊将空气压力传递到土体介质上，从而实现地应力加载。

优选的，所述空气注入设备上设置有压力调节器以调节输出压力，设置压力表监测输出气体压力。

优选的，所述柔性气囊为透明硅胶材料，与模型箱顶部和左右两侧形状相配合，保证气囊与模型箱内壁和所填充介质紧密贴合。

优选的，所述注浆装置包括全自动注浆泵和注浆管，全自动注浆泵的注浆压力、流量可控，注浆管为透明，且管周围设置有钻孔，以实现浆液的均匀扩散。

所述图像实时采集系统包括激光仪、高精度CCD数码相机和图像采集计算机，所述激光仪、高精度CCD数码相机设置于模拟箱周围，采集的数据均传输给图像采集计算机。

所述激光仪发射片状激光束，片状激光束在透明土体内部传播，对透明土体进行激光切片，形成该切面的粒子散斑图像；所述高精度CCD数码相机进行粒子散斑图像数据的连续采集。

所述图像采集计算机被配置为实现劈裂注浆浆液扩散过程的可视化模拟分析，追踪浆液扩散过程，获得劈裂过程中浆脉厚度时空演化规律、劈裂缝尖端几何形态及其运动特征。

基于上述装置的工作方法，包括以下步骤：

(1)根据所要研究的土的性质，选择相应的透明土颗粒材料模拟自然土体颗粒，选择相应的孔隙流体材料模拟自然土体中的孔隙液体，保证土颗粒材料和孔隙流体材料的透明度；

(2)将配置好的透明土材料倒入模型箱，对柔性透明气囊进行充压，达到设定的压力，关闭阀门，使气囊内压力稳定；利用抽真空设备，将配制好的模拟材料抽真空，使其具有良好的透明度；

(3)打开大功率激光仪，使试样内部呈现清晰的粒子散斑，调整高精度CCD数码相机，使其成像清晰，对土体进行注浆，同时利用高精度CCD数码相机进行图像的实时采集，观察浆液在土体内的劈裂扩散过程，采集图片和图像。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、实现了劈裂注浆浆液扩散过程的可视化模拟，使浆液在土体内部的劈裂扩散过程得以可视。

2、使以往注浆过程这一公认的“黑箱”问题得到了一定程度的解决。

3、可以追踪注浆扩散过程，以用于研究劈裂通道扩展过程中注浆压力与砂层内部压力场、位移场演化规律。

4、可用于研究劈裂过程中浆脉厚度时空演化规律。

5、可以直观的反映劈裂缝尖端几何形态及其运动特征。

6、可用于教学试验中，有利于学生直观的观察劈裂注浆的扩散过程。

附图说明